[發(fā)明專利]一種通過交變電磁場控制聚乳酸結(jié)晶的方法

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• 申請日: 2018-08-17
• 公開（公告）號: CN109810260A
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 龔興厚;王博成;程成
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C08J3/00
• 分類號: C08J3/00;C08L67/04;C08K3/22
• 代理公司: 武漢帥丞知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42220
• 代理人: 朱必武;周瑾

本發(fā)明公開了一種通過交變電磁場控制聚乳酸結(jié)晶的方法，屬于聚乳酸結(jié)晶改性技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括以下步驟：首先將四氧化三鐵粒子采用溶液共混或者熔融共混方法均勻分散到聚乳酸中得到聚乳酸/四氧化三鐵復(fù)合材料；然后將聚乳酸/四氧化三鐵復(fù)合材料樣品放在交變電磁場中保溫結(jié)晶，通過控制交變電磁場的頻率和強度，可以實現(xiàn)對聚乳酸分子鏈運動進行精確的控制，進而控制結(jié)晶形貌、結(jié)晶度，這是其他調(diào)節(jié)聚乳酸結(jié)晶的方法做不到的，另外，本方法所需要的磁場強度低，有希望成為一種廣泛應(yīng)用的控制聚合物結(jié)晶的方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及聚乳酸結(jié)晶改性技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種通過交變電磁場控制聚乳酸結(jié)晶的方法。

背景技術(shù)

聚乳酸(polylactic acid，PLA)又稱為聚丙交酯，具有優(yōu)異的可再生性、生物可降解性、生物相容性、可加工性及環(huán)境友好性，在石油資源消耗不斷增加、環(huán)境污染日益嚴重的當下，聚乳酸備受研究者關(guān)注。由于乳酸旋光性的差別合成聚乳酸有三種立體構(gòu)型：右旋聚乳酸(PDLA)、左旋聚乳酸(PLLA)、聚消旋乳酸(PDLLA)。常見的PLLA是一種半結(jié)晶性高分子，其晶體的T_m為160-180℃，結(jié)晶速率慢及結(jié)晶度低等使其耐熱性與機械性能較差，限制了PLA的廣泛應(yīng)用。為了解決這一問題，關(guān)于PLA結(jié)晶條件、異相誘導(dǎo)成核、分子鏈結(jié)構(gòu)等調(diào)控手段的研究一直是聚合物結(jié)晶研究領(lǐng)域的熱點。

針對聚乳酸結(jié)晶過程中的晶核形成與晶體生長兩個階段，加快其結(jié)晶的方法主要有，一是加入異相成核劑，降低成核表面自由能壘，促使其在冷卻條件下快速結(jié)晶；二是加入增塑劑，提高分子鏈遷移性，降低結(jié)晶過程中鏈折疊所需要的能量。增塑劑雖然可以促進聚乳酸結(jié)晶，但效果并不理想，而且增塑劑的大量添加，使得聚乳酸的力學(xué)強度和模量大幅度降低。相對而言，添加異相成核劑是聚乳酸結(jié)晶調(diào)控中最為有效和經(jīng)濟實用的方法。常用的成核劑可以分為兩類：無機成核劑和有機成核劑。無機成核劑主要有滑石粉、硫酸鈣、碳酸鈣、二氧化鈦、硫酸鋇以及蒙脫土等；有機成核劑主要有脂肪酰胺、硬脂酰胺、苯甲酰肼類復(fù)合物以及可生物降解的高分子材料（如聚乙交酯、聚3-羥基丁酸酯、聚己內(nèi)酯等）等。就聚合物結(jié)晶的本質(zhì)來說，其實就是分子鏈運動的過程，但常規(guī)的無機成核劑、有機成核劑都只是被動的影響分子鏈的運動，無法對聚合物分子鏈的運動進行精確的主動控制，因而，對聚乳酸結(jié)晶的影響是很有限的。

四氧化三鐵（Fe₃O₄）屬于立方晶系中的反尖晶石結(jié)構(gòu)，由于具有特殊的磁導(dǎo)向性、超順磁性，也可以作為聚乳酸的異相成核劑。交變電磁場(后文簡稱電磁場)是由交變電流產(chǎn)生的磁場。可以通過改變輸入電流來控制感應(yīng)磁場的強度、方向以及變化的頻率。如果將超順磁的nFe3O4放入電磁場中，它將會產(chǎn)生振動，其振動的頻率和強度可以通過電磁場輸入的交變電流的大小和頻率而方便的控制。進一步，如果將nFe3O4/聚合物復(fù)合材料放入電磁場中，振動的nFe₃O₄將會使聚合物分子鏈產(chǎn)生受迫振動。我們知道，當外力作用頻率比鏈段運動松弛時間的倒數(shù)小很多時(ω?1/τ)，鏈段運動完全跟得上交變外力的變化，在通常的適宜聚合物結(jié)晶的溫度下，鏈段運動是完全跟得上我們使用的交變外力的變化的(電磁場的頻率范圍為50-500Hz，以PLLA為例：80℃時，根據(jù)WLF方程計算的PLLA鏈段的1/τ為7.5×10⁴Hz，而100℃時，1/τ則高達5.2×10⁷Hz)，也就是說，分子鏈的運動會隨著nFe₃O₄的振動頻率和強度的變化而變化，沒有滯后，這樣，我們就可以調(diào)節(jié)電磁場參數(shù)來控制聚合物的分子運動的尺寸(由電磁場強度控制)和頻率(由電磁場頻率控制)，進而研究不同分子鏈運動模式對聚合物等溫結(jié)晶行為的影響。本發(fā)明調(diào)控聚合物結(jié)晶所需要的電磁場能量低，有利于實現(xiàn)綠色化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容